变电站直流系统交流侵入问题的分析与对策

变电站直流系统交流侵入问题的 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 与对策 周徐达  俞大明  陆建忠  陆晖 （上海市电力公司超高压输变电公司，上海200063） 摘  要：简单介绍了变电站直流系统交流侵入现象，指出了交流侵入对变电站直流系统的危害，针对现有变电站直流系统抵御交流侵入能力较差的问题，提出了新的改进 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，通过仿真和现场实验证明了这一改进方案的可行性。 关键词：直流系统、交流侵入、高压反击、钳位二极管 1. 引言 变电站直流系统在变电站辅助设备中起着举足轻重的作用，但由于变电站的特殊性，变电站中的直流系统比其他场合更容易受到雷电波侵入、交流侵入、直流接地等外来的干扰，这些干扰不但可能损坏二次设备，还可能引起开关误跳等严重事故。现有直流系统通过加装避雷器、直流绝缘监测装置等手段，较好地解决了雷电波侵入和直流接地查找的问题，但对于交流侵入尚没有有效的解决方案，本文针对这一问题提出了改进方案，实验证明这一改进方案能有效提高直流系统应对交流侵入的能力，具有较好的实用价值。 2. 低压交流侵入对直流系统的影响 低压交流侵入是指变电站二次交流电源（如380V站用电、压变二次侧）串入直流系统，使直流母线对地电压以50Hz的频率大幅波动的异常现象。交流侵入的原因较多，较常见的是继电保护人员误接线，例如将闸刀、断路器的联闭锁副接点与发信号的副接点搞错，将用于闸刀控制的交流电源回路接入发信号的端子排，使闭锁交流电源串入信号直流电源；也有不少因为保护装置、继电器、端子排等绝缘不良，使交流电源串入直流。 变电站现有直流系统对于50Hz交流侵入一直没有较好的解决方案，由于变电站110/220V直流均为不接地系统，一旦由于某种原因接地的交流分量串入直流系统，就会使直流母线叠加上一个很大的对地交流电压，随着微机保护和集成型操作箱的普及，一方面各类中间继电器日益小型化，另一方面由于微机保护和自动化装置大量使用抑制共模干扰的EMI滤波器，使直流母线的对地电容日益增加，这样，侵入直流系统的交流分量将通过各直流回路的电缆分布电容、母线对地电容施加在某些中间继电器上，从而可能造成开关误动的严重事故，此外由于50Hz交流分量与流变、压变的二次电流、电压同频，还可能对某些抗干扰能力较差的保护装置、自动化装置产生干扰，导致装置损坏、开关误动。 低压交流串入直流系统造成开关误动的典型原理如图1所示，图中为某保护设备的跳闸出口回路，C1为二次电缆对地分布电容，C2、C3分别是直流正、负电源的对地电容（由电缆对地电容和各保护装置EMI滤波器对地电容叠加而成），A点为交流分量串入设备直流部分的故障点，例如由于某种原因使交流电源火线接触直流系统负电源后，交流将电压通过C1、大地与继电器线圈构成回路；当交流电源火线接触正电源后，交流电压通过C1、直流系统正负极间的内阻与继电器线圈构成回路，当这一电流大到一定程度后，就可能导致继电器动作，开关误跳。由于目前大量采用的集成型操作箱继电器动作功率很小，又无法逐个校验其动作电压，使得交流串入直流后引起开关误动的危险性大幅增加。 低压交流侵入导致开关跳闸的电网事故并不少见，例如06年11月华东电网某电厂主变有载调压装置接线调试时，由于图纸错误，工作人员误将220V交流控制电源的二次小线接入信号直流电源，使220V交流侵入直流系统，引起全厂220V直流控制电源大幅波动，烧坏多块测控单元ID插件板，使测控单元误发大量操作指令，导致多台500KV开关无故分闸，两条500KV线路跳闸。 要避免低压交流侵入引起的事故，只有两个方法：一是尽量不让交流分量串入直流，或使串入交流的直流支路迅速从直流母线上切除；二是尽量衰减交流干扰分量的幅值，降低其对直流回路上的各元件的干扰。但交流侵入现象有其特殊性，首先是没有短路电流，其次交流侵入导致的事故往往当即发生，通过设计保护装置来快速检测、切除入侵的交流分量比较困难。因此这个问题目前只能通过加强交直流二次回路间的隔离，如交直流不共用一根电缆、各类端子排空开一定距离等来尽量避免，还无法从技术上消除交流侵入给直流系统带来的危害。 3. 高压交流侵入对直流系统的影响 高压交流侵入又称为高压反击，是由于一次设备发生故障时接地电流使接地网局部地电位升高，击穿二次回路对地的绝缘直接进入二次系统，然后将该二次回路另一处绝缘薄弱处击穿入地，为异常地电位分流的现象。对于这个问题目前只能通过减小接地网接地电阻来缓解，直流系统本身还没有有效防范 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 。 一次设备发生接地故障时，由于接地电阻的存在，接地电流使变电站局部地电位升高，这个电位差在接地点按伞型立面分布，如图2所示，曲线2 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示地电位在空间上的分布，0点是接地故障点，A点是远离故障点的参考点（0电位点）；曲线1表示直流回路对地电位，由于大部分直流对地电容分布在远离故障点的控制室或继电器室，因此直流回路对地电压基本被钳制在A点处，这样，接地故障点就与该处的直流回路形成了巨大的电位差，该电位差幅值大、时间长，很容易击穿直流回路对地绝缘进入直流系统，然后在该直流回路及其供电的二次设备上寻找绝缘薄弱处击穿入地，为异常地电位分流。 直流系统遭受高压反击的原理如图3所示，直流系统上接有大量二次设备，二次设备1的外壳接地点靠近一次设备，二次设备2的外壳接地点在远离一次设备的控制室，当接地故障发生时，设备1与设备2的外壳产生了很高的电位差，由于直流电源回路可能是沟通这两个设备的唯一通道，这两个设备的外壳很可能通过击穿直流电源回路的方式为地电位差分流，这样不但损坏了二次设备，还可能因地电位电流通过直流电源小开关，使小开关跳闸；如果遭受高压反击的设备正好是故障回路的保护设备，则很可能使该保护装置失电或损坏而造成继电保护拒动，事故扩大的后果。 由于直流系统辐射范围广，绝缘薄弱环节多，较容易遭到高压交流侵入，直流系统遭受高压反击，往往造成二次设备损坏、保护误动拒动、空气小开关跳闸、直流回路短路或多点接地的严重事故。02年某变电站曾发生过主变内部故障，由于高压反击使该主变220千伏控制直流消失，开关拒动导致主变起火、全站停电的事故，该主变故障后，地电位对二次直流回路反击，主变220千伏开关的某电压切换继电器对地击穿，引起主变220千伏开关直流操作熔丝烧断（如图4所示），造成保护虽动作，但开关未分闸，故障电流未被及时切除，最终导致主变起火、全站全停的扩大事故。针对高压反击，目前只能通过减小接地网接地电阻、加强二次回路对地绝缘来缓解，直流系统本身还缺乏进一步的防范措施。 4. 提高直流系统抵御交流侵入能力的方案 4.1 方案的研究思路 交流分量窜入直流系统后最明显的现象就是整个直流回路对地电压以50Hz频率大幅波动，如果能将这个电压波动衰减到足够小，就能有效减轻交流窜入后对直流系统的危害。因此要提高直流系统抵御交流侵入的能力，关键在于稳定直流母线对地电压，基于这点，本文提出一种“直流母线并联钳位二极管”的新方案，实验和仿真都证明了这个方案的可行性。 这一方案实现方式简单，只是在直流母线上按照图4的方法装设了两个大功率、高反压的整流二极管，二极管D1负极、D2正极接地，接地点必须选在与一次设备有一定距离的地方（如继电器室），通过二极管钳制母线对地电压来“释放”串入的交流分量。直流系统正常时，由于正母线、大地、负母线三者间的电位关系，两个二极管均不导通（硅二极管反向阻抗无穷大，不会影响母线对地绝缘）；当母线直流接地时，也不可能出现负母电位高于大地或正母低于大地的现象，因此二极管仍旧不导通，可视作不存在；当交流分量串入直流系统后，如果串入负极，交流电的正半周将通过二极管D2短路，如果串入正极，同理负半周将通过D1短路，从而迫使该交流回路或直流支路的空气小开关迅速跳闸，切除入侵的交流分量；如果侵入的交流分量幅值很大（高压反击），由于二极管的电压钳位作用，可以保证直流母线对地电压的相对稳定，至少可以使入侵的高压交流不再流入其他回路。 钳位二极管方案使得直流正母线的电压始终高于大地，负母线电压始终低于大地，无论何时直流母线对地电压偏移范围一直控制在常规直流接地时的范围内，有效保证了直流母线对地电压的稳定，大幅降低了继电器误动的概率。图5是一个220伏直流系统正母线遭站用电侵入后母线对地电压变化的示意图，从中可见，采用这种新方案后，直流母线在交流入侵后对地电压波动幅值大幅减小，并在干扰源切除后快速恢复正常。如果交流分量通过过渡电阻串入，可能通过二极管的短路电流太小使小开关无法跳闸，但由于母线对地电压波动一直限制在较小的范围内，还是大幅降低了继电器误动的概率。 4.2 仿真试验结果分析 为了验证这个方案的有效性，用EWB仿真程序设计了一个110V直流系统，该系统参数如下：额定直流电压：117V，母线对地绝缘电阻：500KΩ，母线对地电容：10uF，直流负荷：20Ω，干扰源阻抗：5Ω，仿真电路如图4所示，当交流分量进入直流系统后，未装设钳位二极管时的母线对地电压波动如图5所示，采用本方案装设钳位二极管后的母线对地电压如图6所示，改变交流电压，发现无论串入的交流分量电压多高，安装钳位二极管后的母线对地电压始终稳定在±110V范围内，证明了本方案能有效抑制交流电源串入直流系统后引起的异常电压波动。 图7  110V直流系统的仿真电路 图8 未安装钳位二极管的母线电压波动 图9 安装钳位二极管后的母线电压波动 4.3 现场试验结果分析 为进一步验证这个方案，我们在某110KV换流站停电改造时，在110V直流系统上做了模拟交流入侵和高压反击试验，该直流屏由许继生产，直流母线上设有正对地、负对地的氧化锌避雷器，试验接线图如图10所示，先在直流母线上安装钳位二极管，然后在选定的几个直流负荷（改造后被淘汰的旧设备）直流电源上加交流电压，交流电压通过升压变压器和自耦调压器调节，最高电压可升到1000V，用于模拟高压反击和交流侵入，试验结果如下表所示： 试验地点/ 试验项目 10KV1号站用变保护屏 滤波器分支保护屏 保护直流正电源 保护直流负电源 保护直流正电源 保护直流正电源 模拟交流侵入 （试验电压220V） 交流干扰是否切除 切除 切除 切除 切除 直流母线对地电压 波动范围稳定在±110V之内 波动范围稳定在±110V之内 波动范围稳定在±110V之内 波动范围稳定在±110V之内 模拟高压反击 （试验电压1000V） 交流干扰是否切除 切除 切除 切除 切除 直流母线对地电压 波动范围稳定在±110V之内 波动范围稳定在±110V之内 波动范围稳定在±110V之内 波动范围稳定在±110V之内             试验结果表明钳位二极管方案能使侵入直流系统的交流分量通过瞬时短路的方法从直流系统上脱离，并有效稳定了直流系统对地电压；此外，试验完毕后仔细检查直流系统各部分，未发现有遭交流电压损坏的现象，直流母线上各避雷器均未动作，该段直流母线上的保护装置、自动化设备均可正常运行。